JPH10505934A - 電圧基準装置、ボルトメータ、バッテリー電圧検出装置および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入力基準電圧から多くの電圧を得る電圧基準装置は知られている。知られている装置は、柔軟性のない、抵抗による電圧分割器を用いる。入力基準における不正確さが除去され、獲得される基準電圧から複数の正確な電圧を容易に得ることのできる、順応性のある電圧基準装置が提供される。装置は、ディジタル的に制御可能なポテンショメータを含み、そのスライダーは差動増幅器の入力や出力にスライダーを多重化するようマルチプレクサに結合される。電圧基準装置は、さらに、ハードウェアを節約するように、ボルトメータや電話ハンドセットのバッテリー減算器に適合される。

Description

【発明の詳細な説明】 電圧基準装置、ボルトメータ、バッテリー電圧検出装置および無線通信装置 本発明は、比較的に正確でない入力基準電圧源から正確な出力電圧を供給する ための電圧基準装置であって、該装置が差動増幅器を含み、その差動増幅器の第 １の入力は前記入力基準電圧源に結合され、その差動増幅器の出力は該差動増幅 器の第２の入力に結合され、その差動増幅器の出力が前記正確な出力電圧を供給 する、電圧基準装置に関するものである。 本発明は、さらに、ボルトメータ、バッテリー電圧検出装置および無線通信装 置に関するものである。 上記の種類の電圧基準装置は、米国特許第５，２８１，９０６号により知られ ている。基準電圧は、差動増幅器の一つの入力に供給され、その出力は抵抗的に 他の入力と結合される。出力基準電圧は、差動増幅器の出力から引き出され、差 動増幅器のフィードバック抵抗の一部である、グランドに接続された直列配置の 抵抗の連結点から引き出される。そのような回路は、多くの基準電圧をもたらす が、その柔軟性のない構成のため、入力基準電圧源の不正確さを考慮していない 。 本発明の目的は、入力基準電圧源の不正確さを考慮し、および柔軟性のある構 成を有する、上述の種類の電圧基準装置を提供することである。 この目的のため、本発明による電圧基準装置は、前記出力がディジタル的にコ ントロール可能なポテンショメータを介して供給端子に結合され、そのプログラ マブル（プログラムによって制御可能）なスライダーが前記入力基準電圧源の不 正確さを調整するため前記第２の入力に結合可能であることに特徴づけられる。 本発明は、ポテンショメータのスライダーの共用は、入力基準電圧源における不 正確さが差動増幅器の出力電圧で除去されるような入力電圧の調整と、場合に応 じてそこからさらに正確な出力電圧を得ることの双方がなしうるという識見に基 礎をおいている。 本発明による電圧基準装置の一例においては、装置は、差動増幅器の出力電圧 から引き出せる正確なさらに他の出力電圧を供給するための、少なくともさらに 一つの出力と、ディジタル的にコントロール可能なマルチプレクサとを含み、前 記第２の入力および前記のさらなる少なくとも一つの出力に前記スライダーを多 重化する。これにより、一度調節すれば、任意の数の正確な出力電圧を差動増幅 器の出力電圧から引き出すことができる。 さらに他の例は、従属する請求の範囲に明記される。 差動増幅器のフィードバック素子がコンデンサである上にマルチプレクサの出 力に結合される素子であると、さらに正確な電圧を提供するようになすために有 利である。これにより、調整と多重化はディジタルコントローラに収納されたソ フトウェア手段により容易になされうる。そして、一度入力基準電圧源、例えば バンドギャップ基準源などが差動増幅器に結合されれば、自由に、いくつかの出 力は調整することができ、また、補正されたスライダーの値は不揮発性メモリに 記憶させることができ、また、他の出力は、好適には、その後に、いくつかの他 の外部パラメータに基づき動的に調整されることができる。そのような後者の調 整は、基準電圧装置が無線（ワイヤレス）ディジタル通信装置の一部である場合 に、有利になされうる。例えば、少なくともいくつかの動作電圧、例えばチュー ニング電圧、変調度を決定するためのコントロール電圧などが動的に設定されな ければならないであろうところのコードレス電話等である。その順応性のため、 基準電圧装置はまた、無線ディジタル通信装置内のボルトメータやバッテリー電 圧検出装置に有利に統合されうる。本発明は、このように多重化の機能をもって 最大の柔軟性を提供する。特に、無線ディジタル通信装置のような装置において 、そのような多重化の機能は、本発明が集積回路に実施されるときにチップ領域 を低減するように導き、それゆえに無線装置の小型化の促進をより容易に実現さ せうる。 ここに、本発明は、一例として、以下の添付図面を参照して説明される。 図１は、無線ディジタル通信システムの概要を示す。 図２は、無線ディジタル通信システムで使用する無線ディジタル通信装置のブ ロック図を示す。 図３は、本発明による電圧基準装置のブロック図を示す。 図４は、本発明による電圧基準装置を含むボルトメータを示す。 図５は、本発明による電圧基準装置におけるディジタル的に制御可能なマルチ プレクサを示す。 図６は、本発明による電圧基準装置におけるディジタル的に制御可能なポテン ショメータを示す。 図７は、本発明によるボルトメータを使用する、本発明によるバッテリー電圧 検出装置を示す。 図全体を通し、同じ参照符号は、同様の特徴のために用いられる。 図１は、無線ディジタル通信システム１の概要を示し、一例として、ＥＴＳＴ （欧州電気通信標準協会）により規格化されたＤＥＣＴ規格（ディジタル欧州コ ードレス通信）に従うディジタルコードレス電話通信システムを示す。システム １は、無線ベースステーションＢＳ１およびＢＳ２を含み、これらは公衆電話交 換回線網ＰＳＴＮに結合されている。さらに、コードレスハンドセットＨＳ１， ＨＳ２およびＨＳ３が示されており、これらは、通信が許可されるベースステー ションとの双方向通信のために用意される。コードレスシステムは、簡潔な形式 で示されているが、コードレス内線を有するＰＡＢＸｓ（構内自動電話交換機） 、移動するマイクロセルを形成するテレポイントステーションなどとの組み合わ せのような、より精密なシステム構想も可能である。本発明は、そのようなシス テムのトランシーバに含まれ、他の適合する装置あるいはシステムにもまた含ま れうる。 図２は、無線ディジタル通信装置ＨＳ１、例えばＤＥＣＴコードレスハンドセ ットのブロック図を示し、これはレシーバフロントエンド２１とミキサー２２と 復調器２３とを有する受信機２０を含む。装置ＨＳ１は、さらに、パルス整形フ ィルタ２５と変調器２６とミキサー２７と送信パワー増幅器２８とを有する送信 機２４を含む。ＲＦサイド（無線周波数側）で、受信機２０と送信機２４は、ア ンテナ３０に結合されている受信／送信スイッチ２９に結合される。 ＬＦサイド（低周波数側）で、受信機２０と送信機２４は、オーディオプロセッ サー３３を通して、受話器またはスピーカ３３とマイクロフォン３２に結合され る。所望の無線チャンネルにチューニングするため、ハンドセッＨＳ１は制御可 能な周波数源３４を備える。ハンドセッＨＳ１はマイクロコントローラ３５によ りコントロールされ、マイクロコントローラ３５は、受信機２０、送信機２４お よび制御可能な周波数源と結合され、さらには、ユーザがハンドセッＨＳ１をコ ントロールするためのキーパッド３６と結合されている。マイクロコントローラ ３５は、格納されたプログラムを実行するため、あらかじめ定めたデータを記憶 するため、および一時的なデータを記憶するため、ＲＡＭとＲＯＭおよび他の不 揮発性メモリ（図示せず）とを備える。無線部分に関する限り、ベースステーシ ョンＢＳ１は同様の構成を有する。 図３は、正確な出力電圧Ｖ_refを供給するための、本発明に従う電圧基準装置 ４０のブロック図を示す。装置４０は、差動増幅器４１を備え、その差動増幅器 の第１の入力４２は、比較的に正確でない入力基準電圧源４３に結合されている 。入力基準電圧源４３は、集積回路型のＰＣＤ５０３２に組み込まれる、いわゆ るバンドギャップ基準回路とすることができる。そのようなバンドギャップ基準 は、典型的には、代表例との差５％を有する。差動増幅器４１の出力４４は、第 １のコンデンサ４６を介して差動増幅器４１の第２の入力４５に連結されており 、そしてさらに、ディジタル的にコントロール可能なポテンショメータ４８を介 して供給端子４７に連結されている。ポテンショメータ４８のスライダー４９は 、ディジタルワードＷ１の手段によりコントロール可能である。電圧基準装置４ ０へのバンドギャップ基準４３の結合の後、入力電圧基準源の不正確さは、出力 電圧Ｖ_refをマイクロフォン３２に供給するため使用するときに、出力電圧Ｖ_ref が所望の値、例えば２ボルトを有するように調整されることができる。調整値は 、マイクロコントローラ３５に含まれた不揮発性メモリに格納することができる 。本発明によれば、装置４０はさらに、同じディジタルポテンショメータ４８か ら正確な出力電圧Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃およびＶ₄を提供することができる。これらの電 圧は、電圧基準装置４０へのバンドギャップ基準４３の連結の後に、あるいはそ の後に動的に、例えばハンドセッＨＳ１のパラメータ、例えば温度変化しやすい チューニング電圧などから設定されることができる。電圧Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃および Ｖ₄は、ディジタルワードＷ２の手段によりマルチプレクサ５５をディジタル的 にコントロールすることによって、コンデンサ５０，５１，５２および５３それ ぞれにまたがって発生させられ、これに対し、電圧Ｖ_refは、コンデンサ５ ４にまたがって発生させられる。基準電圧Ｖ_refは、抵抗５６、コンデンサ５７ および抵抗５８からなる回路網を介してマイクロフォン３２に結合され、マイク ロフォン３２はさらに抵抗５９を介してグランドに結合されている。マイクロフ ォン電圧は、コンデンサ６２および６３を介して増幅器６０に導かれる。本発明 によれば、スライダー４９はこのように入力および出力電圧の両者に使用される 。 図４は、本発明に従う電圧基準装置４０を含むボルトメータ７０を示す。出力 側では、装置４０は比較器７１に連結され、入力側では、装置４０はコントロー ラ３５に連結されている。比較器７１の出力７２は、コントローラ３５へ導かれ る。ここに、ボルトメータは、一部、電圧基準装置４０と同じハードウェアを用 いることにより得られる。電圧基準装置は、このように多様な使用を有する。例 えば、ハンドセットＨＳ１において、ボルトメータ７０は、ピーク検出器７３の 手段により測定されるＲＳＳＩ電圧（受信信号の強度の指標）の測定に使用する ことができ、またはバッテリー電圧検出装置７４により供給されるバッテリー電 圧ＶＢＡＴの測定、あるいは２０００ｍＶのレンジの信号ＮＬＩの測定に使用す ることができ、後者は、例示された装置における集積回路の外部ピンが利用でき るとき、有用である。これらの電圧は、ハンドセットＨＳ１の異なる操作段階に おいて測定され、ボルトメータの使用はハードウェアを節約するように時分割で なされうる。この目的のため、さらにマルチプレクサ７５が備えられる。ボルト メータの作動は、コントローラ３５内に収納のソフトウェアの手段によって実行 される。ソフトウェアは、漸近法が簡単に利用できる。すなわち、比較器の入力 電圧が連続的に二分されるようにディジタルワードＷ３は選ばれ、装置４０から の比較器への入力電圧と測定されるべき電圧の比較器への入力電圧との間の差が 変化する方向に比較器７１の出力７２がコントローラ３５へ指示する。このよう に、測定されるべき電圧は迅速に決定される。 図５は、本発明に従う電圧基準装置４０におけるディジタル的に制御可能なマ ルチプレクサ５５を示す。マルチプレクサ５５は、ｐ−ＭＯＳトランジスタおよ びｎ−ＭＯＳトランジスタから形成され、反転した２値のコントロール信号ｎＣ ０と対応する２値の信号Ｃ０により制御される、複数の相補ＭＯＳ−トランジス タスイッチからなる。図のように、スライダー４９を差動増幅器４１の入力４５ に連結するためのスイッチ、およびスライダー４９を出力Ｖ₁，．．，Ｖ₄に連結 するためのスイッチが示されている。 図６は、本発明に従う電圧基準装置４０におけるディジタル的に制御可能なポ テンショメータ４８を示す。ポテンショメータ４８は、１６×１６のＭＯＳトラ ンジスタ＝２５６個のＭＯＳトランジスタのアレイを含む。図のように、アレイ の第１列のトランジスタＴ０００１，．．．，Ｔ００１４，Ｔ００１５、および アレイの第１６列のトランジスタＴ１５００，．．．，Ｔ１５１４，Ｔ１５１５ が示されている。列の全てのトランジスタのドレインは互いに接続され、列のト ランジスタのソースは、アレイ全体で、抵抗を介して互いにリンクされている。 図のように、抵抗Ｒ００１５，Ｒ００００，Ｒ１５００およびＲ１５１５が示さ れている。ＭＯＳトランジスタの行が、個々の列のドレインに連結される。アレ イの適切な作動のため、上３列はコントロール信号ｎＡ００，．．．，ｎＡ１４ ，ｎＡ１５により作動され、対応する行のトランジスタはコントロール信号ｎＢ １５，ｎＢ１４およびｎＢ１３それぞれによって作動される。他の列はコントロ ール信号Ａ００，．．．，Ａ１４，Ａ１５によりコントロールされ、対応する行 のトランジスタはコントロール信号Ｂ１２，Ｂ１１，．．．，Ｂ００よってコン トロールされる。３つの追加の列のトランジスタは列Ｂ１２，Ｂ１１およびＢ１ ０のソースと並列に接続され、対応する追加の行のトランジスタはコントロール 信号ｎＢ１２，ｎＢ１１およびｎＢ１０によりコントロールされる。コントロー ル信号Ａ００，．．．，Ａ１４，Ａ１５，ｎＡ００，．．．，ｎＡ１４，ｎＡ１ ５，Ｂ００，．．．，Ｂ１４，Ｂ１５およびｎＢ００，．．．，Ｂ１４，Ｂ１５ は、１出力１６デコーダ（one-out-sixteen-decode）８０および８１のそれぞれ の手段により、ディジタルワードＷ１のニブル（nibble）Ｗ１ａおよびＷ１ｂか ら生成される。それぞれのインバータの入力側および出力側の反転および非反転 のコントロール信号が利用できる。図のように、インバータ８２，８３，８４， ８５，８６および８７が示されている。２０００ｍＶの基準電圧では、ポテンシ ョメータ４８の分解能は、２０００／２５６ｍＶ＝７．８１２５ｍＶとなる。 図７は、本発明に従うボルトメータ７０を使用する本発明に従うバッテリー電 圧検出装置７４を示す。例えば０−２０００ｍＶのような限られた測定レンジを 有するボルトメータ７０が使用できる。ハンドセットＨＳ１は、典型的には、ト ータルで公称電圧３．６Ｖを有する直列接続の３つのニッケルカドミウムのバッ テリーセルが用いられ、このときトータルのバッテリー負荷電圧は４．２Ｖであ る。ニッケルカドミウム電池のセル特性は、セル電圧の使用期間の後に、突然に 低下することである。これは、とりわけ、ハンドセットＨＳ１が通信モード中に あるとき実際に生ずる。さらに、日常的な環境の下で、セルのひとつが、他のセ ルの低下よりも早く低下する。したがって、ハンドセットＨＳ１の通信モードの 間、比較的短時間に優れた分解能でトータルのバッテリー電圧が測定できること は、非常に重要である。バッテリー電圧の絶対的な値を測定することは重要では ないが、バッテリー電圧が優れた分解能で測定されなけらばならないということ が理解されるべきである。バッテリー電圧検出装置７４は、ボルトメータ７０と の結合において、そのような測定を遂行するのに適している。バッテリー電圧装 置は、３つの状態（フェーズ）ＵＵ，ＶＶおよびＷＷで作動し、コントローラ３ ５により発生されるディジタルコントロール信号ｎＵ，Ｕ，ｎＶ，ｎＷおよびＷ で示す。バッテリー電圧検出装置７４は、電圧基準装置４０により生成される正 確な基準電圧Ｖ_refをバッテリー電圧ＶＢＡＴから減じ、３つの状態Ｕ，Ｖ，Ｗ でそれを行う。この目的のため、バッテリー電圧検出装置は、ＭＯＳ−ＦＥＴバ ッファ増幅器ＡＭＰと、３つのコンデンサＣ₁，Ｃ₂およびＣ₃と、それぞれの状 態ＵＵ，ＶＶおよびＷＷにおいてディジタルコントロール信号ｎＵ，Ｕ，ｎＶ， ｎＷおよびＷの組のうちのひとつによってコントロールされる複数のＭＯＳ−ス イッチャ−Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７およびＳ８を含む。状態 ＵＵにおいて、コンデンサＣ₁は、コントロール信号ｎＵ，ｎＵ，Ｕのそれぞれ でスイッチャ−Ｓ４，Ｓ６およびＳ７を適切にスイッチングすることにより、電 圧ＶＢＡＴと増幅器ＡＭＰの出力９０との間に接続される。状態ＵＵにおいては 、コンデンサＣ₂は、コントロール信号ｎＵによりコントロールされるスイッチ ャ−Ｓ１の手段によって短絡される。次の状態、すなわち状態ＶＶにおいて、コ ンデンサＣ₁およびＣ₂は、スイッチパスＣ₂，Ｓ２，Ｃ₁およびＳ３により互いに 並列に切り換えられる。最後の状態、即ち状態ＷＷにおいては、コンデンサＣ₁ は、スイッチャ−Ｓ５およびＳ８の手段により、基準電圧Ｖ_refと増幅器ＡＭ Ｐの入力９０との間に切り換えられる。キルヒホッフの法則の適用によって、状 態ＵＵ，ＶＶおよびＷＷの多くのすばやい繰り返しの後、増幅器ＡＭＰの出力９ ０は電圧｛ＶＢＡＴ−Ｖ_ref（Ｃ₂＋Ｃ₁）／Ｃ₁｝、またはもしＣ₂＝０なら｛Ｖ ＢＡＴ−Ｖ_ref｝に収束することが容易に分かる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．比較的に正確でない入力基準電圧源から正確な出力電圧を供給する電圧基準 装置にして、差動増幅器を含み、その第１の入力は前記入力基準電圧源に結合さ れ、その出力は差動増幅器の第２の入力に結合され、該出力が前記正確な出力電 圧を供給する、電圧基準装置であって、 前記出力はディジタル的に制御可能なポテンショメータを介して供給端子に 結合され、そのプログラマブルなスライダーは前記入力基準電圧源の不正確さを 調整するため前記第２の入力に結合可能である、ことを特徴とする電圧基準装置 。 ２．前記出力は第１のコンデンサを介して前記第２の入力に結合され、前記スラ イダーは前記第２の入力に接続される、請求の範囲１記載の電圧基準装置。 ３．前記差動増幅器の出力電圧から引き出せる正確なさらに他の出力電圧を供給 するための、少なくともさらに一つの出力と、前記第２の入力と前記少なくとも さらに一つの出力に前記スライダーを多重化するディジタル的に制御可能なマル チプレクサとを含む、請求の範囲１または２記載の電圧基準装置。 ４．前記のさらに一つの出力は、第２のコンデンサを介して前記供給端子に結合 される、請求の範囲３記載の電圧基準装置。 ５．あらかじめ定められた少なくとも一つの出力の値のための前記プログラマブ ルなスライダーの調整値を記憶する不揮発性メモリを含む、請求の範囲３または ４記載の電圧基準装置。 ６．前記の少なくとも一つの出力値は装置の動作中のパラメータから決定され、 前記不揮発性メモリはあらかじめ定められた時点に応じて更新される、請求の範 囲５記載の電圧基準装置。 ７．請求の範囲１または２記載の電圧基準装置と、さらに比較器と測定ロジック とを含むボルトメータであって、 そのボルトメータの入力が前記比較器の第１の入力に結合され、前記電圧基 準装置が前記測定ロジックと前記比較器の第１の入力に結合され、前記測定ロジ ックの制御の下、前記電圧基準装置は前記比較器の出力が電圧測定が終了さ れることを指示するまで制御される、ことを特徴とするボルトメータ。 ８．請求の範囲７記載のボルトメータを含む、バッテリー電圧の検出装置であっ て、 前記ボルトメータは前記バッテリーの供給電圧よりも低いレンジを有し、前 記検出装置は、フィードバックコンデンサを有する演算増幅器と、少なくともさ らに一つのコンデンサと、前記少なくともさらに一つのコンデンサを切り換える ためのコンデンサ切り換え手段とを含み、前記検出装置の出力が前記ボルトメー タに結合され、前記コンデンサ切り換え手段は、第１のコンデンサを前記演算増 幅器の出力と前記供給電圧との間に、および前記演算増幅器の入力と前記正確な 出力電圧の間に連続して結合させるよう配置されている、バッテリー電圧検出装 置。 ９．前記第１のコンデンサが前記演算増幅器の出力と前記供給電圧との間に結合 されるときは短絡され、前記第１のコンデンサが前記演算増幅器の入力と前記正 確な出力電圧の間に結合される前に前記第１のコンデンサと並列に切り換えられ る第２のコンデンサを含む、請求の範囲８記載のバッテリー電圧検出装置。 10．請求の範囲１乃至６のいずれかに記載の電圧基準装置、および／または請求 の範囲７または８記載のボルトメータ、および／または請求の範囲８または９記 載のバッテリー電圧検出装置を含む、無線ディジタル通信装置。